[实用新型]半导体发光器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及从紫外到蓝色、绿色、橙色以及白色等整个可视范围的波长范围中的发光二极管、激光二极管等GaN系半导体发光元件。这种发光元件被期待应用于显示、照明以及光信息处理领域等。

背景技术

具有氮(N)作为V族元素的氮化物半导体，根据其带隙的大小，被认为有希望作为短波长发光元件的材料。其中，含有Ga作为III族元素的氮化镓系化合物半导体(GaN系半导体：Al_xGa_yIn_zN(0≤x，y，z≤1、x+y+z＝1)的研究盛行，蓝色发光二极管(LED)、绿色LED、以及以GaN系半导体为材料的半导体激光器也被实用化。

GaN系半导体具有纤锌矿(wurtzite)型晶体构造。图1示意性地表示了GaN的单位晶格。在Al_xGa_yIn_zN(0≤x，y，z≤1、x+y+z＝1)半导体的晶体中，可以将图1所示的Ga的一部分替换为Al以及/或者In。

图2表示了纤锌矿型晶体构造的基本向量(fundamental vectors)a₁、a₂、a₃、c。基本向量c在[0001]方向延伸，将该方向称作“c轴”。与c轴垂直的面(plane)被称作“c面”或“(0001)面”。并且，以Ga等III族元素结束的面被称作“+c面”或“(0001)面”，以氮等V族元素结束的面被称作“-c面”或“(000-1)面”，来进行区分。另外，也存在将“c轴”以及“c面”分别记载为“C轴”以及“C面”的情况。

在利用GaN系半导体来制作半导体元件的情况下，使用c面基板即在表面具有(0001)面的基板作为使GaN系半导体晶体生长的基板。但是，因为在c面上Ga原子和氮原子不存在于同一原子面上，所以形成极化(Electrical Polarization)。因此，“c面”也被称作“极性面”。极化的结果是，在活性层的InGaN的量子阱，沿着c轴方向产生压电电场。若这种压电电场产生在活性层上，则活性层内的电子以及孔的分布产生位置偏差，因此由于载流子的量子限制斯塔克(Stark)效应，内部量子效率降低，若为半导体激光器，则引起阈值电流的增大，若为LED，则引起消耗功率的增大或发光效率的降低。此外，在注入载流子密度上升的同时，发生压电电场的屏蔽，也产生发光波长的变化。

因此，为了解决这些课题，研究了使用在表面具有非极性面、例如与[10-10]方向垂直的、被称作m面的(10-10)面的基板(m面GaN系基板)。在此，在表示密勒指数的括号内的数字左边附加的“-”代表“横线(Bar)”。如图2所示，m面是与c轴(基本向量c)平行的面，与c面正交。因为在m面上Ga原子和氮原子存在于同一原子面上，所以在与m面垂直的方向上不产生自发极化。其结果，若在与m面垂直的方向上形成半导体层叠构造，则在活性层也不产生压电电场，因此能够解决上述课题。另外，m面是(10-10)面、(-1010)面、(1-100)面、(-1100)面、(01-10)面、(0-110)面的总称。

已知从以m面等非极性面或半极性面为主面的氮化物半导体发光元件发出偏振。例如，在JP特开2009-38292号公报中，提出了如下构造：通过使树脂分子随机地存在，来维持从以非极性面或半极性面为主面的氮化物半导体发光元件发出的偏振特性。图3A是表示JP特开2009-38292号公报所公开的结构的剖面图。在图3A中，在安装基底301上配置有发出偏振光的发光元件302，并按照覆盖其周围的方式配置有光透过性树脂部303。光透过性树脂部303具有非阵列构造，具有该非阵列构造的光透过性树脂部303没有发现双折射。

作为氮化物半导体发光元件的树脂密封部的形态，例如在JP特表平11-500584号公报中提出了通过使用发光物质颜料来放出白色光的发光半导体元件的构造。图3B是表示在JP特表平11-500584号公报中公开的结构的剖面图。在图3B所示的发光半导体元件中，在容器304内配置有半导体元件体305，并按照覆盖其周围的方式配置有铸型材料306。在铸型材料306中含有将半导体元件体305的发光变换为长波长光的发光物质颜料307。